預(yù)拉-預(yù)扭型全橋式2d電液比例換向閥的制作方法
【專利摘要】預(yù)拉-預(yù)扭型全橋式2D電液比例換向閥，2D閥的兩端都通過(guò)壓扭聯(lián)軸器和彈簧連接線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器；彈簧4安裝在閥體與滑楔之間，其預(yù)壓縮量略大于閥心行程；端部臺(tái)肩、滑楔與閥體之間形成左、右敏感腔；端部臺(tái)肩上各開設(shè)有一對(duì)高、低壓孔（a、b和e、d），分別通過(guò)閥芯內(nèi)孔與P口和T口相通；在閥體內(nèi)孔壁上兩端各開設(shè)有一感受通道（c和f），分別與左右敏感腔（g和h）相通；端部臺(tái)肩上的高、低壓孔與感受通道相交，形成兩個(gè)微小的開口面積，串聯(lián)構(gòu)成液壓阻力半橋，兩端敏感腔的壓力分別受控于兩端的液壓阻力半橋。
【專利說(shuō)明】預(yù)拉-預(yù)扭型全橋式20電液比例換向閥
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于流體傳動(dòng)及控制領(lǐng)域中的電液比例閥，尤其涉及一種電液比例換向閥。
【背景技術(shù)】
[0002]電液伺服控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合了流體傳動(dòng)控制技術(shù)與信息電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在航空航天、尖端武器、鋼鐵、電力發(fā)電等重要的國(guó)家戰(zhàn)略性軍工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，并迅速取得成功。但是電液伺服閥同時(shí)也存在著抗污染能力差，閥內(nèi)壓力損失大〈71？幻，制造成本及維護(hù)成本高，系統(tǒng)能耗損失大等缺陷。因?yàn)殡娨核欧y存在的諸多缺陷，使得其所具有的快速響應(yīng)性能在一般工業(yè)設(shè)備中無(wú)法廣泛使用。同時(shí)傳統(tǒng)的電液開關(guān)控制又不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)所需要的高質(zhì)量控制系統(tǒng)的要求。因此，人們希望有一種生產(chǎn)及維護(hù)成本低、安全可靠、控制精度及響應(yīng)特性均能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)實(shí)際需求的電液控制技術(shù)。
[0003]基于上述原因，人們提出了電液比例技術(shù)。作為電液比例技術(shù)的代表，電液比例閥是在傳統(tǒng)工業(yè)用液壓閥的基礎(chǔ)上，采用可靠?jī)r(jià)廉的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器(比例電磁鐵等)和與之相應(yīng)的閥進(jìn)行設(shè)計(jì)。從而獲得對(duì)油質(zhì)要求與一般工業(yè)閥相同、閥內(nèi)壓力損失少、性能又能滿足大部分工業(yè)控制要求的比例控制元件。
[0004]由于電液比例閥能與電子控制裝置組合在一起，可以十分方便地對(duì)各種輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和處理，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。同時(shí)它又具有抗污染、低成本以及響應(yīng)較快的優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，如陶瓷地板磚制坯壓力機(jī)、帶鋼軋的帶鋼恒張力控制、壓力容器疲勞壽命試驗(yàn)機(jī)、液壓電梯運(yùn)動(dòng)及控制系統(tǒng)、金屬切削機(jī)床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制、軋鋼機(jī)壓力及控制系統(tǒng)、液壓沖床、彎管機(jī)、塑料注射成形機(jī)等。
[0005]在比例控制系統(tǒng)中，電液比例閥既是電-液壓轉(zhuǎn)換元件，同時(shí)也是功率放大元件。它對(duì)系統(tǒng)的性能起重要的作用，是比例控制系統(tǒng)的核心元件。
[0006]電液比例閥最顯著的特征和最成功之處在于采用比例電磁鐵作為電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器。與動(dòng)圈式和動(dòng)鐵式力矩馬達(dá)相比，比例電磁鐵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、工藝性好、能輸出較大的力和位移以及使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。比例電磁鐵除用作驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)閥外，還可用作直接驅(qū)動(dòng)小功率的輸出級(jí)。比如，按照電磁鐵推力與彈簧力相平衡控制閥芯位置原理的直動(dòng)式比例閥，只適用于小流量場(chǎng)合，實(shí)際應(yīng)用的最大工作流量一般在1517111111 (最大工作壓力為211？》以下。此外，為了實(shí)現(xiàn)軸向靜壓力的平衡，直動(dòng)式比例換向閥或流量閥皆采用滑閥結(jié)構(gòu)，容易受到摩擦力及油液污染的影響出現(xiàn)“卡滯”現(xiàn)象。
[0007]采用線性位移傳感器對(duì)閥芯位置進(jìn)行測(cè)量和閉環(huán)控制，構(gòu)成電反饋型直動(dòng)比例換向閥，可以在很大程度上提高閥芯的定位剛度和控制精度，同時(shí)，人們也在其模型、非線性及系統(tǒng)應(yīng)用方面進(jìn)行了大量的理論研究工作，最終使電反饋直動(dòng)比例閥可以像伺服閥那樣應(yīng)用于液壓系統(tǒng)的閉環(huán)控制，但終因受到磁飽和限制，比例電磁鐵輸出力有限，無(wú)法從根本上解決高壓、大流量下液動(dòng)力的影響問(wèn)題，在高壓(壓差大)和大流量的工作狀態(tài)下仍然會(huì)出現(xiàn)流量飽和現(xiàn)象。[0008]消除液動(dòng)力影響、提高液壓閥的過(guò)流能力，最根本的辦法是采用導(dǎo)控(先導(dǎo)控制)技術(shù)。早在1936年美國(guó)工程師為了解決因液動(dòng)力影響直動(dòng)溢流閥無(wú)法實(shí)現(xiàn)高壓、大流量系統(tǒng)的壓力控制問(wèn)題實(shí)用新型了導(dǎo)控溢流閥，其基本思想是采用一通徑較小的導(dǎo)閥控制靜壓力，驅(qū)動(dòng)主閥芯運(yùn)動(dòng)，因該液壓推力比油液流經(jīng)閥口時(shí)所產(chǎn)生液動(dòng)力大得多，足以消除其對(duì)主閥芯運(yùn)動(dòng)與控制產(chǎn)生的不利影響。導(dǎo)控的思想后來(lái)也被廣泛地應(yīng)用于其它液壓閥的設(shè)計(jì)，使液壓系統(tǒng)高壓、大流量控制成為了現(xiàn)實(shí)。后來(lái)的各種電液伺服控制元件也是沿用了先導(dǎo)控制的設(shè)計(jì)思想，電液比例閥也不例外，并且借用了伺服閥許多結(jié)構(gòu)原理。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0009]為了克服已有電液比例閥的易受摩擦力、液動(dòng)力及油液污染影響而出現(xiàn)“卡滯”現(xiàn)象及導(dǎo)控級(jí)油路失壓或壓力太低使整個(gè)閥無(wú)法正常工作和導(dǎo)控級(jí)泄漏流量較大的不足，本實(shí)用新型提供一種不僅具有普通的導(dǎo)控型電液比例閥流量大、工作壓力高等特點(diǎn)，而且在零壓(失壓)下也可以像直動(dòng)式比例閥那樣實(shí)現(xiàn)比例控制功能的預(yù)拉-預(yù)扭型全橋式20電液比例換向閥。
[0010]本實(shí)用新型所述的預(yù)拉-預(yù)扭型全橋式20電液比例換向閥，由20閥、兩端的線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器、處于它們之間的壓扭聯(lián)軸器等構(gòu)成。20閥主要由閥芯9和閥體8組成，閥芯在閥體中具有旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)兩運(yùn)動(dòng)自由度(故此得名“20閥”)。在閥芯兩端臺(tái)肩上各開設(shè)有一對(duì)高、低壓孔(以(1和0、6),分別與？ 口和I 口相通；在閥體內(nèi)孔壁上兩端各開設(shè)有一感受通道彳)相通。當(dāng)閥芯安裝于閥芯孔中，閥芯兩端臺(tái)肩上的高、低壓孔與感受通道相交，形成兩個(gè)微小的開口面積，串聯(lián)構(gòu)成液壓阻力半橋。兩端敏感腔的壓力分別受控于兩端的液壓阻力半橋。
[0011]所述壓扭聯(lián)軸器是實(shí)現(xiàn)線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為閥芯的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過(guò)程中，可以充分利用20閥液壓導(dǎo)控橋路壓力增益大(微小的轉(zhuǎn)角即可使敏感腔的壓力發(fā)生較大變化)的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)壓扭聯(lián)軸器的合理設(shè)計(jì)，將驅(qū)動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)力矩放大，使閥芯與閥芯孔之間的摩擦力等非線性因素對(duì)比例特性的不利影響降低到最小程度。
[0012]線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器輸出的電磁推力通過(guò)壓扭聯(lián)軸器使閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使閥敏感腔的壓力發(fā)生變化驅(qū)動(dòng)閥芯軸向移動(dòng)，在移動(dòng)的過(guò)程中閥芯反向轉(zhuǎn)動(dòng)，其敏感腔的壓力又逐漸恢復(fù)為原來(lái)的值，閥芯到達(dá)一個(gè)新的平衡位置，閥芯移動(dòng)的位移與比例電磁鐵的推力成比例關(guān)系。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:1、針對(duì)比例電磁鐵因磁飽和輸出推力有限，提出了壓扭放大驅(qū)動(dòng)技術(shù)，將比例電磁鐵對(duì)閥芯的驅(qū)動(dòng)力放大，有效地消除了閥芯和閥芯孔之間的摩擦力等非線性因素對(duì)比例特性所造成的不利影響；2、用閥芯的旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)的雙運(yùn)動(dòng)自由度實(shí)現(xiàn)導(dǎo)控型電液比例換向(節(jié)流)閥功能，由閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)使液壓阻力橋路輸出壓力發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生靜壓力驅(qū)動(dòng)閥芯軸向運(yùn)動(dòng)，在高壓、大流量下可以有效地克服液動(dòng)力(伯努利力)所造成的不利影響，有效提高了閥芯的軸向定位(主閥開口)精度；3、將20換向(節(jié)流)閥、壓扭聯(lián)軸器和比例電磁鐵三者共軸聯(lián)結(jié)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原理先進(jìn)的20電液比例換向(節(jié)流)閥，不僅具有普通的導(dǎo)控型電液比例閥流量大、工作壓力高特點(diǎn)，而且在零壓3。
液比例換向閥受力分析與運(yùn)動(dòng)過(guò)程圖。5述。
橋式20電液比例換向閥包括螺釘1、3、12、.線軸承5、13、31、32、圓柱壓縮彈簧21、23、8、閥芯9、滾動(dòng)軸承14、27、36、38、頂蓋17、5、套筒 37、39。
閥由20閥、線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器和壓扭聯(lián)
閥體8，閥芯9可轉(zhuǎn)動(dòng)并可軸向滑動(dòng)地設(shè)置肓，所述的端部臺(tái)肩之間的閥體內(nèi)孔上依次口，該處壓力是系統(tǒng)壓力；所述的端部臺(tái)肩橋。
[0036]所述壓扭聯(lián)軸器由滑楔20、固定在一根穿過(guò)閥芯端部的銷軸18端部上的兩個(gè)滾動(dòng)軸承14、38、安裝于滑楔孔p、q內(nèi)的直線軸承13、32、限制滑楔轉(zhuǎn)動(dòng)的銷釘10、22構(gòu)成；圓柱壓縮彈簧21安裝在閥體與滑楔之間，其預(yù)壓縮量略大于閥芯行程；
[0037]壓扭聯(lián)軸器是實(shí)現(xiàn)線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為閥芯的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過(guò)程中，可以充分利用2D閥液壓導(dǎo)控橋路壓力增益大(微小的轉(zhuǎn)角即可使敏感腔的壓力發(fā)生較大變化）的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)壓扭聯(lián)軸器的合理設(shè)計(jì)，將驅(qū)動(dòng)閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)力矩放大，使閥芯與閥芯孔之間的摩擦力等非線性因素對(duì)比例特性的不利影響降低到最小程度。
[0038]所述O型密封圈6、11用來(lái)對(duì)端蓋和閥體之間進(jìn)行密封；所述O型密封圈15、29用來(lái)對(duì)端蓋和線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器之間進(jìn)行密封；所述頂蓋17、28的大圓柱端η與滑楔20、25的中心內(nèi)孔過(guò)盈配合相連，線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的推桿輸出的力作用在頂蓋的小圓柱端m上，并軸向傳遞至滑楔。所述直線軸承5、31和13、32分別對(duì)稱地安裝在滑楔上下兩個(gè)孔P、q內(nèi)，用以減小滑楔在銷釘上滑動(dòng)時(shí)的摩擦力；所述緊釘螺釘34將鋼球35頂在閥芯內(nèi)孔k的一個(gè)端面上，用來(lái)對(duì)閥芯內(nèi)孔k的一端進(jìn)行密封；所述套筒37、39的一端頂在閥芯上，另一端頂在滾動(dòng)軸承36、38的內(nèi)圈上，起到支撐軸承的作用。
[0039]所述高、低壓孔形狀為圓形，如果要求閥芯的軸向運(yùn)動(dòng)對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)具有快速響應(yīng)能力，則可采用大面積梯度的矩形窗口。
[0040]所述線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器為濕式耐高壓型比例電磁鐵，也可選用其它濕式耐高壓型線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器。
[0041]本實(shí)施例的工作原理：如圖12所示，當(dāng)2D電液比例閥兩端的比例電磁鐵不通電時(shí)，彈簧對(duì)滑楔產(chǎn)生向外的推力F`s (左端和右端分別由下標(biāo)“I”和“r”表示）通過(guò)滑楔的兩個(gè)軸對(duì)稱的斜面與兩個(gè)滾動(dòng)軸承相接觸的位置傳遞至閥芯。由于斜面的作用，閥芯除承受軸向拉力^外，還承受切向力Ft的作用，同一端兩個(gè)接觸位置的切向力大小相等、方向相反，構(gòu)成力偶。兩端的滑楔對(duì)閥芯的軸向作用力和力偶方向相反，因而在平衡位置時(shí)，閥芯處于預(yù)拉與預(yù)扭的狀態(tài)。當(dāng)2D電液比例閥某端的比例電磁鐵通電時(shí)，其產(chǎn)生的推力Fj乍用于滑楔時(shí)不僅使閥芯的軸向力失去平衡，而且也使閥芯所受的扭矩失去平衡，閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)。例如當(dāng)左端的比例電磁鐵通電時(shí)，產(chǎn)生向右的電磁推力Fml，使得左端的滑楔對(duì)閥芯的作用力減小，閥芯兩端所受的軸向力與扭矩皆失去平衡，閥芯受到向右的軸向驅(qū)動(dòng)力和逆時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)矩(從左往右看)。軸向驅(qū)動(dòng)力相當(dāng)于直動(dòng)式比例閥的驅(qū)動(dòng)力，在高壓力大流量的工況下，由于存在液動(dòng)力和摩擦力無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)閥芯軸向運(yùn)動(dòng)。但是，通過(guò)合理地選擇較小的滑楔斜面角度β和較大的滾動(dòng)軸承分布圓直徑，可以得到較大的切向力，使其足以克服閥芯的摩擦力驅(qū)動(dòng)閥芯逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，兩端的滑楔由于受到銷釘?shù)闹芟蚣s束，以銷釘為導(dǎo)向軸、以直線軸承為支承向右滑動(dòng)，右端彈簧的壓縮量減小、左端彈簧壓縮量增加，所產(chǎn)生額外的彈簧力平衡比例電磁鐵的推力（見圖13)。在這過(guò)程中，由于閥芯逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，閥左敏感腔的壓力升高，右敏感腔的壓力降低，閥芯向右運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于其兩端的滾動(dòng)軸承受到兩端滑楔斜面的約束，閥芯在向右移動(dòng)的同時(shí)也往回轉(zhuǎn)動(dòng)(順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng))，閥芯兩端敏感腔的壓力又重新恢復(fù)為穩(wěn)態(tài)的平衡值，閥芯到達(dá)一個(gè)與比例電磁鐵推力大小對(duì)應(yīng)的新平衡位置(見圖14)。需要特別指出的是，當(dāng)閥的P 口的壓力為零(與T 口壓力相等)，此時(shí)，無(wú)法通過(guò)兩端敏感腔壓力的變化驅(qū)動(dòng)閥芯軸向移動(dòng)，但由于閥腔內(nèi)無(wú)油液流動(dòng)，閥芯不受液動(dòng)力和卡緊力的作用，因而，比例電磁鐵通電后所產(chǎn)生的軸向推力可以直接驅(qū)動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)，這時(shí)20電液比例閥的工作原理與直動(dòng)式比例閥一致。
[0042]上述【具體實(shí)施方式】用來(lái)解釋本實(shí)用新型，而不是對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型作出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.預(yù)拉-預(yù)扭型全橋式2D電液比例換向閥，包括一個(gè)由閥芯、閥體組成的2D閥，閥芯可轉(zhuǎn)動(dòng)并可軸向滑動(dòng)地設(shè)置在閥體內(nèi)孔內(nèi)，閥芯左右兩端各設(shè)有端部臺(tái)肩，所述的端部臺(tái)肩之間的閥體內(nèi)孔上依次開有T 口、A 口、P 口、B 口、T 口，其中P 口是進(jìn)液口，該處壓力是系統(tǒng)壓力；所述的端部臺(tái)肩之間的的閥芯上設(shè)有兩個(gè)中部臺(tái)肩，兩個(gè)中部臺(tái)肩分別位于A 口和B 口 ；各臺(tái)肩與閥體內(nèi)孔可滑動(dòng)地密封配合；其特征在于： 2D閥的兩端都通過(guò)壓扭聯(lián)軸器和彈簧連接線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器； 壓扭聯(lián)軸器由滑楔（10)、固定在一根穿過(guò)閥芯端部的銷軸（13)端部上的兩個(gè)滾動(dòng)軸承（9)、安裝于滑楔上的直線軸承（3)、限制滑楔轉(zhuǎn)動(dòng)的銷釘（8)構(gòu)成；彈簧（4)安裝在閥體與滑楔之間，其預(yù)壓縮量略大于閥心行程； 端部臺(tái)肩、滑楔（10)與閥體之間形成左、右敏感腔； 端部臺(tái)肩上各開設(shè)有一對(duì)高、低壓孔，a、b和e、d，分別通過(guò)閥芯內(nèi)孔與P 口和T 口相通；在閥體內(nèi)孔壁上兩端各開設(shè)有一感受通道，c和f，分別與左右敏感腔，g和h，相通；端部臺(tái)肩上的高、低壓孔與感受通道相交，形成兩個(gè)微小的開口面積，串聯(lián)構(gòu)成液壓阻力半橋，兩端敏感腔的壓力分別受控于兩端的液壓阻力半橋。
2.如權(quán)利要求1所述的2D電液比例換向閥，其特征在于：所述線性電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器為比例電磁鐵。
3.如權(quán)利要求2所述的2D電液比例換向閥，其特征在于：所述的阻尼槽呈直徑為`O.5~1.0mm半圓形截面。
【文檔編號(hào)】F16K11/078GK203627917SQ201320229517
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月27日
【發(fā)明者】阮健, 勵(lì)偉, 孟彬, 左強(qiáng), 陳瑩 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)